【正文】 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計講座 （Ⅰ） 設(shè)計基本規(guī)定及荷載 一．我國輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程簡介 目前我國已制訂的有關(guān)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)程有：北京的《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和上海的《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》 （一） 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ CECS 102:98）簡介 1．性 質(zhì)：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) 2．主編單位：中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會 3．審查單位：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會薄壁型鋼結(jié)構(gòu)委員會 4．批準(zhǔn)單位：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會 5．主要內(nèi)容：共九章，五個附錄 第 1章 總則 第 2章 術(shù)語、符 號 第 3章 基本設(shè)計規(guī)定 第 4章 結(jié)構(gòu)形式和布置 第 5章 作用效應(yīng)計算 第 6章 構(gòu)件設(shè)計 第 7章 連接和節(jié)點設(shè)計 第 8章 制作和安裝 第 9章 隔熱和涂裝 附錄 A 風(fēng)荷載計算 附錄 B 斜卷邊工形冷彎型鋼的截面特性 附錄 C 卷邊槽形冷彎型鋼的截面特性 附錄 D 楔形梁在框架平面內(nèi)的換算長度技術(shù) 附錄 E 檁條在風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定計算 （二） 《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》（ DBJ 086897）簡介 1．性 質(zhì)：上海市標(biāo)準(zhǔn) 2．主編單位：上海市金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會、同濟(jì)大學(xué) 3．審查單位：上海市建設(shè)委員會科學(xué)技術(shù)委員會 4．批準(zhǔn)單位：上海市建設(shè)委員會 5．主要內(nèi)容： 共十一章，五個附錄 第 1章 總則 第 2章 符號 第 3章 材料 第 4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本規(guī)定 第 5章 構(gòu)件與連接的計算和構(gòu)造 第 6章 屋蓋結(jié)構(gòu) 第 7章 樓面結(jié)構(gòu) 第 8章 單層房屋結(jié)構(gòu) 第 9章 多層房屋結(jié)構(gòu) 第 10章 維護(hù)結(jié)構(gòu) 第 11章 涂裝 附錄 A 雙坡及單坡屋面房屋的風(fēng)荷載體型系數(shù) 附錄 B 考慮冷彎效應(yīng)的強(qiáng)度設(shè)計值的計算方法 附錄 C 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù) 附錄 D 關(guān)于應(yīng)力蒙皮強(qiáng)度和剛度的整體試驗方法 附錄 E 框架柱的計算長度系數(shù) 二．輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 輕型鋼結(jié)構(gòu)在永久性建筑中的應(yīng)用范圍大致如下： 1 用于結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及其體系 （ 1） 屋面體系，包括屋面板（壓型鋼板等）、檁條、屋架、等； （ 2） 樓面 體系，包括樓面板（壓型鋼板等）、次梁等； （ 3） 墻面體系，包括墻板（壓型鋼板等）、墻梁、墻柱等； （ 4） 吊頂及內(nèi)隔墻體系，包括隔墻板、龍骨等。 2 用于下列房屋中的承重結(jié)構(gòu) （ 1） 單層倉庫和單層廠房，單跨或多跨，跨度一般不超過 30m，無懸掛吊或有懸掛吊，懸掛吊不超過 5t，無橋吊或有橋吊，吊車為輕級工作制且起重量一般不超過 20t。承重結(jié)構(gòu)用鋼量一般為 10~30kg/m2。 （ 2） 多層工業(yè)廠房，柱距一般為 12~24m， 3~4 層。承重框架用鋼量一般為 30~60kg/m2。 （ 3） 多層住宅和辦公樓，柱距一般為 6~9m，不超過 8 層。承重框架用鋼量 一般為20~50kg/m2。 （ 4） 2~3 層的小別墅 （ 5） 目前也有一種趨勢，用于 20 層左右的高層住宅和辦公樓。 輕型鋼構(gòu)件的類型有 1．由冷彎薄壁型鋼做成 2．由熱扎輕型型鋼做成 3．由焊接或高頻焊接輕型型鋼做成 4．由圓管、方管、矩形管做成 5．由薄鋼板焊成 6．由小角鋼、圓鋼做成（不建議采用） 輕型鋼結(jié)構(gòu)可由以上一種或多種輕型鋼構(gòu)件組合做成 三．輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點 1．特點之一：截面中板件比較薄。冷彎薄壁型鋼中厚度最小為 ，焊接構(gòu)件中厚度最小為 ；板件寬厚比比較大，有時可達(dá) 250，因此對制作、涂裝、 運(yùn)輸、安裝都應(yīng)有嚴(yán)格要求，防止構(gòu)件局部變形和易受腐蝕。 2．特點之二：構(gòu)件抗扭剛度比較差。在形成結(jié)構(gòu)整體后，通過構(gòu)件之間的連接，構(gòu)件和屋面板、墻面板之間的連接，才會大幅度提高構(gòu)件的抗扭剛度。因此在運(yùn)輸和安裝時要有嚴(yán)格有效措施，防止構(gòu)件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，同時要重視安裝節(jié)點的連接，使能形成結(jié)構(gòu)的整體剛度。 3．特點之三：結(jié)構(gòu)比較柔。為了防止結(jié)構(gòu)變形過大或發(fā)生振動，除應(yīng)重視支撐體系外，還應(yīng)十分重視屋面板、樓面板和墻面板的構(gòu)造連接，使它們能參與結(jié)構(gòu)整體工作，有效的增加結(jié)構(gòu)剛度。 4．特點之四：輕型鋼結(jié)構(gòu)一般都有冷彎成型 工藝，如采用冷彎薄壁型鋼等，因此對材料應(yīng)有冷彎試驗的要求，防止在冷彎過程中出現(xiàn)裂縫。 5．特點之五：輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重很輕。這對于抗震十分有利，在一般情況下，抗震不起控制作用。但需對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和支撐體系加以注意，應(yīng)能形成空間的穩(wěn)定體系，防止節(jié)點構(gòu)造的局部損壞和整個結(jié)構(gòu)的倒塌。 輕型鋼結(jié)構(gòu)的自重對于風(fēng)荷載作用是不利的。風(fēng)作用的吸力會使屋面、檁條受禮反向，因此要特別注意屋面板的連接，檁條下翼緣的穩(wěn)定性，防止屋面在大風(fēng)作用下被掀而破壞。 四．荷載及其組合原則 （一） 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1． 屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 不上人屋面采用壓型鋼板 等輕質(zhì)屋面 驗算屋面板、檁條 驗算屋架、剛架等 上人屋面，按使用要求確定，不得小于 KN /m2 2．屋面板、檁條的施工或檢修集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 KN 3．屋面雪荷載和積灰荷載 按荷載規(guī)范取用 4．樓面活荷載 按荷載規(guī)范取用 5．風(fēng)荷載 垂直與建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按下式計算 0ww zsk ??? 式中 0w 基本風(fēng)壓，上海地區(qū)一般取 0? 風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按下表采用 0? 風(fēng)荷載體型系數(shù)，可按荷載規(guī)范取用。當(dāng)條件符合時，也可按規(guī)程附錄 A的規(guī)定采用 風(fēng)壓高度變化系數(shù) 離地面或海平面高度 (m) 近海 市郊 市區(qū) 5 () 10 () 15 () 20 () 30 () *注：括弧內(nèi)數(shù)值為門式剛架 CECS 102:98 取用的數(shù)值，下同此。 6．吊車荷載 按荷載規(guī)范取用 7．地震作用 按抗震規(guī)范取用 （二） 荷載分項系數(shù)和組合系數(shù) 1． 分項系數(shù)γ 永久荷載 對結(jié)構(gòu)不利時 ，有利時 可變荷載 地震作用 2． 組合系數(shù)ψ 當(dāng)有兩個或兩個以上的可變荷載參與組合 且其中包括風(fēng)荷載時， 其他情況 （三） 荷載組合原則 1． 屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，取兩者中的較大值； 2． 積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面均布荷載兩者中的較大者同時考慮； 3． 對自重較輕的屋蓋應(yīng)驗算在吸風(fēng)情況下檁條、屋面壓型鋼板、剛架橫梁、屋架構(gòu)件等截面應(yīng)力反號的影響，此時永久荷載分項系數(shù)取 五 .材料及其設(shè)計指標(biāo) （一） 材料 1 承重結(jié)構(gòu)的材料 （ 1） 材料要求 應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服點、冷彎試驗和硫磷極限含量的合格保證。 焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。 重級工作制焊接吊車梁等應(yīng)具有常溫沖擊 韌性的合格保證。 （ 2） 鋼材牌號 壓型鋼板 Q235 和 Q215 鋼 檁條、墻梁 Q235 和 Q345(16Mn)鋼 剛架等承重構(gòu)件 宜用 Q345(16Mn)鋼的 B 級或以上級別的鋼 吊車梁 Q235 和 Q345(16Mn)鋼的 B 級或以上級別的鋼 Q235 應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（ GB700）的規(guī)定 Q345（ 16Mn）應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（ BG/T 1591）的規(guī)定 當(dāng)有可靠根據(jù)時可采用其他牌號以及耐侯碳素結(jié)構(gòu)鋼和高耐侯性結(jié)構(gòu)鋼。 在同一構(gòu)件中允許采用兩 種不同牌號的鋼材 2．連接材料 （ 1） 焊接連接材料 選擇焊條型號、焊絲和焊劑時應(yīng)與主體金屬輕度相適應(yīng)。 當(dāng)兩種不同鋼材相連接時，在保證可焊性的前提下，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊 接材料。 焊接連接材料應(yīng)符合下列國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 手工焊條： 《碳鋼焊條》（ GB/T 5117） 《低合金鋼焊條》（ GB/T 5118） 埋弧自動焊、半自動焊焊絲： 《熔化焊用鋼絲》（ GB/T 14957） 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲： 《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼 焊絲》（ GB/T 8110） （ 2） 螺栓連接材料 螺栓連接材料應(yīng)符合下列國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 普通螺栓：《六角頭螺栓── A級和 B 級》（ GB 5782） 《六角頭螺栓── C 級》（ GB 5780） 高強(qiáng)度螺栓： 《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角頭螺母、墊圈技術(shù)條件》（ GB/T 12281231） 《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)條件》（ GB 36323633） 圓柱頭焊釘：《圓柱頭焊釘》（ GB 10433） 自攻螺釘：《自鉆自攻螺釘》（ GB/T ， GB/T ） （二） 材料的設(shè)計指標(biāo) 1． 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按下表采用 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值（ N/mm2） 鋼號 鋼材厚度或直徑（ mm） 抗拉、抗壓和抗彎f 抗剪 fv 端面承壓（刨平頂緊）fce Q235 ≤ 16 17~40 215 205 125 120 320 320 Q345 ≤ 16 17~35 315 300 185 175 445（ 410） 425（ 410） Q390 ≤ 16 17~35 350 335 205 195 450 435 2． 焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按下表采用 焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值（ N/mm2） 焊接方法 和焊條型號 鋼號 厚度或直徑（ mm） 對接焊縫 角焊縫 抗壓 焊縫質(zhì)量為下列級別時，抗拉和抗彎 ftw 抗剪 fvw 抗拉、抗壓 和 抗剪 ftw 一、二級 三級 自動焊，半自動焊，二氧化碳?xì)怏w保 護(hù) 焊 和E43XX 型焊條的手工焊 Q235 ≤ 16 17~40 215 205 215 205 185 175 125 120 160 160 自動焊，半自動焊，二氧化碳?xì)怏w保 護(hù) 焊 和E50XX 型焊條的手工焊 Q345 ≤ 16 17~35 315 300 315 300 270 255 185 175 200 200 自動焊，半 Q390 ≤ 16 350 335 350 335 300 285 205 195 220 220 自動焊，二氧化碳?xì)怏w保 護(hù) 焊 和E55XX 型焊條的手工焊 17~35 注： （ 1）自動焊和半自動焊所采用的焊絲和焊劑，應(yīng)保證其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于相應(yīng)手工焊焊條的數(shù)值； （ 2）厚度小于 16mm的鋼板采用高頻電阻焊，在焊劑質(zhì)量達(dá)到一級、二級標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)過拉力試驗驗證后，其焊接接頭的強(qiáng)度設(shè)計值可以參照對接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值確定； （ 3）當(dāng)兩種不同鋼號焊接時，焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)取強(qiáng)度較低鋼號欄 的數(shù)值。 3． 螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按下表采用 螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計值（ N/mm2） 螺栓的鋼號（或性能等級）和構(gòu)件的鋼號 普通螺栓 錨栓 承壓型高強(qiáng)度螺栓 C 級螺栓 A級、 B 級螺栓 抗拉 抗剪 承壓 抗拉 抗剪（ I 類孔） 承壓（ I 類孔） 抗拉 抗剪 承壓 普通螺栓 級 級 170 ── 130 ── ── ── 380（ 350） ── 250 ── ── ── ── ── ── ── ── 錨栓 Q235 Q345 ── ── ─ ── ── ── 140 180 ── ─ ─ 承壓型高強(qiáng)度螺栓 級 級 ── ── ─ ── ── ── ── 250 310 ── Q235 ── ── 305 ── ── 400 ── ── 465 Q345 385 510 590 Q390 400 530 615 注：孔壁質(zhì)量屬于下列情況者為 I 類孔： 1） 在裝配好的構(gòu)件上按設(shè)計孔徑鉆成的孔； 2） 在單個零件和構(gòu)件上按設(shè)計孔徑分別用鉆模鉆成的孔； 3） 在單個零件上先鉆成或沖成較小的孔徑，然后在裝配好的構(gòu)件上再擴(kuò)鉆至設(shè)計孔徑的孔。 4． 對于厚度小于和等于 的薄板，可采用電阻電焊。每個焊點的抗剪承載力設(shè)計值應(yīng)按下表采用 電阻點焊的抗剪承載力設(shè)計值 相焊板件中外層較薄板件的厚度 t（ mm） 每個焊點的抗剪承載力設(shè)計值 Nvs（ KN） 5． 幾種情況 （ 1） 當(dāng)鋼材厚度大于上述表中規(guī)定的數(shù)值時，其強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定取用。 （ 2） 當(dāng)采用厚度